基于SP30胎压监测发射系统设计|胎压监测

　　汽车现有安全措施，如ABS、EDS、安全气囊等，均是“事后被动”型安保，即在事故已经发生时才起到保护人身和汽车的安全作用。轮胎气压监视系统属于“事前主动”型安保，即在轮胎出现危险征兆时，如轮胎快漏气、温度高、气压高、气压低等情况时能及时报警，采取措施，将事故消灭在萌芽状态，确保汽车在行驶过程中始终处于安全状态。据统计，在中国高速公路上发生的交通事故有70%是由于爆胎引起的，而在美国这一比例则高达80%，保持标准的轮胎气压行驶和及时发现轮胎漏气是防止爆胎的关键。
　　汽车轮胎压力监测系统(TPMS)主要用于在汽车行驶时对轮胎气压、温度进行实时监测，轮胎漏气、低气压和高气压时自动报警，以保障行车安全。目前，TPMS有间接式和直接式两种，直接式以其性能上的优势成为目前TPMS的主流方案。直接式TPMS利用安装在轮胎里的压力传感器直接测量轮胎气压、温度，并通过无线调制发射到驾驶台的监视器，当轮胎气压太高或有渗漏时，系统会自动报警，提醒驾驶人员及时做出处理。发射系统的组成
　　TPMS发射系统主要完成的功能是：对轮胎的压力、温度、加速度等信息进行测量，并将测量得到的压力、温度等信息进行处理，判断是否出现高温、高压、低压等情况，若出现上述情况之一，则系统把数据信息叠加到433.92MHz的载波上，通过天线进行发射，提供给接收显示模块。根据胎压发射系统需要完成的功能，可以得出其主要包括：传感器、单片机、RF发射器、电池、天线。依据上面的描述，汽车胎压监测发射系统组成框图如图1所示。
　　由于直接式汽车胎压监测发射系统是安装在轮胎内部，轮胎内部环境非常恶劣，该产品又是汽车产品安全件，其应在各种环境下具有高可靠性，如阴天、下雨、雪天等不同天气环境；各种路况，例如国道、高速、乡村公路、山路等；冬季中极寒冷地区（-40℃）；夏季中的炎热地区（汽车在频繁刹车时轮胎内温度可达125℃）；不同的车速（0～200km/h）等。另因其防水、防腐蚀需要，整个发射PCB和电池被环氧灌封胶所密封，所以发射模块一旦安装上，整个使用期间，就不能更换电池和元器件，一般发射系统都要求有5～6年工作寿命，这就需要在设计时要严格选择各个器件。关键元器件选择
　　1Sensor、mcu单元
　　MCU/Sensor是发射系统的核心，汽车轮胎独特的工作环境条件，决定了压力传感器的高要求：宽温工作区（-40～125℃）、宽电源电压范围内较高的测量精度和可靠性、较低的功耗、恶劣环境无线信号传输稳定性要求。
　　本设计选用英飞凌公司的SP30芯片，整合了硅显微机械加工的压力传感器、温度传感器与加速度传感器和
　　一个电池电压监测器，并内部集成一个低功耗8位哈佛结构的RISC微控制器，省去外加单片机，从而提高了系统的集成度。检测精度方面：硅压阻式压力传感器是采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的，其测量精度能达0.01～0.03%FS（FullScale，满量程）；测量可靠性方面：由于传感器的工作环境比较恶劣，在不同温度和不同信号供电电压等的情况下会出现漂移，SP30设有补偿功能，可以对压力、加速度、温度、供电电压信号进行检测和补偿，准确提供不同型号轮胎在不同环境时的正确补偿值，有效地保证了测量可靠性。低功耗方面：英飞凌的SP30传感器首先是采用了唤醒瞬态工作模式，当它在睡眠模式时其静态电流仅0.6μA；另在传感器模块中集成了加速度传感器，利用其质量块对运动的敏感性，可以实现汽车启动时才进入工作模式，而如果检测到速度很小时让系统进入睡眠模式，大大地降低系统功耗。电路如图2所示。
　　2RF射频器件
　　RF射频芯片主要是将数字信号调制成高频信号，通过天线发射出去。本设计采用Maxim公司MAX7044芯片，其工作电压为2.1～3.6V，8mA的低工作电流，OOK/ASK调制方式，通信速率能达到100kB/s，最大发射功率可达13dbm。它消除了基于SAW发送器设计的问题，采用晶体结构，提供了更大的调制深度和快速的频率响应机制；温度范围可达-40℃～+125℃。其内部包含功率放大器(PA)、晶体振荡器(crystaloscillator)、驱动器(driver)、数据有效检测电路(dataactivitydetector)、锁定检测电路(lockdetect)、锁相环(32xPLL)、分频器(/16)等电路。
　　MAX7044有一个自动的低功耗模式（shutdownmode）控制方式。如果DATA引脚在一个确定的时间（等待时间）内没有动作，器件自动进入低功耗模式。等待时间大约是216个时钟周期，在433.92MHz频率大约为4.84ms。进入低功耗模式的等
　　（2）MAX7044平时处于SLEEP模式，当需要发射数据时，才由SP30将其唤醒，进入到RUN模式；
　　（3）利用SP30集成的加速度传感器，检测汽车是在行车状态还是停车状态，如在行车状态，则定时检测和发射，如在停车状态，则不检测发射，减低系统功耗。
　　本系统电池选择renata的耐高低温TPMS专用电池CR2450HT，供电电压+3.0V，电池容量480mA·h，具有寿命长、能量密度大、自放电低、重量轻（6.6g）、温宽（-40～+125℃）范围大，配合系统的低功耗策略，完全可满足5～6年寿命的要求。